Python Pandas库超详细教程：从入门到精通实战指南

Python——Pandas库，超详细教程

Pandas是Python数据分析的核心库之一，凭借其高效的数据结构和丰富的功能，成为数据科学家和分析师的必备工具。本教程将带你从入门到精通，掌握Pandas的核心功能，包括数据读取、清洗、转换、分析和可视化。

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1. Pandas简介

1.1 什么是Pandas？

Pandas是一个开源的Python库，专为数据操作和分析设计。它诞生于2008年，由Wes McKinney开发，旨在解决Python在金融数据分析中的局限性。Pandas的名字来源于“Panel Data”（面板数据）。

• 核心功能：提供Series和DataFrame数据结构，支持数据清洗、转换、聚合和可视化。
• 地位：与NumPy、Matplotlib并称Python数据分析“三剑客”。

1.2 为什么选择Pandas？

• 高效性：针对结构化数据（如表格）优化，性能远胜纯Python代码。
• 功能丰富：支持数据过滤、分组、聚合、合并等复杂操作。
• 生态兼容：无缝集成NumPy（数值计算）、Matplotlib（可视化）等库。

1.3 安装与基本配置

# 安装
pip install pandas

# 导入与版本检查
import pandas as pd
print(pd.__version__)  # 输出示例：2.0.3

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2. Pandas核心数据结构

2.1 Series

一维带标签数组，类似增强版Python列表。

# 创建Series
s = pd.Series([1, 3, 5, 7], name='numbers')
print(s.head(2))  # 输出前两行

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• 索引：支持自定义索引（如s.index = ['a', 'b', 'c', 'd']）。

2.2 DataFrame

二维表格型数据结构，类似Excel表或SQL表。

# 从字典创建
data = {'Name': ['Alice', 'Bob'], 'Age': [25, 30]}
df = pd.DataFrame(data)
print(df.shape)  # 输出：(2, 2)

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• 数据加载：

  df = pd.read_csv('data.csv')  # 从CSV加载

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2.3 索引与选择数据

• 列选择：df['Name']
• 行选择：

  df.loc[0]    # 按标签选择
  df.iloc[0:2] # 按位置选择

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• 条件筛选：

  df[df['Age'] > 25]  # 筛选年龄大于25的行

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3. 数据清洗与预处理

3.1 处理缺失值

# 检测缺失值
print(df.isnull().sum())

# 填充缺失值
df.fillna(0, inplace=True)  # 用0填充

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3.2 处理重复数据

df.drop_duplicates(inplace=True)  # 删除重复行

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3.3 数据类型转换

df['Age'] = df['Age'].astype('float')  # 转换为浮点数

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3.4 数据标准化

# Z-score标准化
df['Age'] = (df['Age'] - df['Age'].mean()) / df['Age'].std()

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4. 数据操作与转换

4.1 数据排序

df.sort_values(by='Age', ascending=False, inplace=True)

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4.2 数据分组与聚合

# 按性别分组并计算平均年龄
df.groupby('Gender')['Age'].mean()

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4.3 数据合并

# 横向合并
pd.concat([df1, df2], axis=1)

# 纵向合并
pd.concat([df1, df2], axis=0)

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5. 数据分析与可视化

5.1 描述性统计

print(df.describe())  # 统计均值、标准差等

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5.2 数据可视化

df['Sales'].plot(kind='bar')  # 绘制柱状图
plt.savefig('sales.png')      # 保存图表

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6. 高级功能与性能优化

6.1 时间序列分析

df['Date'] = pd.to_datetime(df['Date'])
df.set_index('Date', inplace=True)
df.resample('M').mean()  # 按月重采样

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6.2 性能优化

• 向量化操作：优先使用df.apply()而非循环。
• 内存优化：

  df.memory_usage(deep=True)  # 查看内存占用

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7. 实战案例

7.1 销售数据分析

sales = pd.read_csv('sales.csv')
sales['Profit'] = sales['Revenue'] - sales['Cost']
sales.plot(x='Month', y='Profit', kind='line')

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7.2 股票数据分析

import yfinance as yf
data = yf.download('AAPL', start='2023-01-01')
data['MA50'] = data['Close'].rolling(50).mean()
data[['Close', 'MA50']].plot()

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8. 总结

• 核心掌握：数据结构、数据清洗、聚合分析、可视化。
• 学习资源：
  • Pandas官方文档
  • Kaggle实战项目
• 实践建议：从真实数据集（如Kaggle）入手，逐步探索高级功能。

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